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Dokumentenidentifikation DE202006015921U1 11.01.2007
Titel Polygonalausbau für untertätige Strecken und Tunnel
Anmelder Bochumer Eisenhütte Heintzmann GmbH & Co. KG, 44793 Bochum, DE
Vertreter Bockermann, Ksoll, Griepenstroh, 44791 Bochum
DE-Aktenzeichen 202006015921
Date of advertisement in the Patentblatt (Patent Gazette) 11.01.2007
Registration date 07.12.2006
Application date from patent application 13.10.2006
IPC-Hauptklasse E21D 11/20(2006.01)A, F, I, 20061013, B, H, DE

Beschreibung[de]

Die Erfindung betrifft einen Polygonalausbau für untertägige Strecken und Tunnel gemäß den Merkmalen im Oberbegriff des Anspruchs 1.

Aus Ausbausegmenten zusammensetzbare Polygonalausbaue sind im untertägigen Bergbau zur Sicherung der Streckenquerschnitte sowie im Tunnelbau in vielfältiger Konfiguration bekannt. Die Ausbausegmente bestehen dabei aus im Querschnitt im Wesentlichen Doppel-T- bzw. U-förmig profilierten Trägern oder aus Gitterträgern mit zwei, drei oder vier Gurten. Je nach dem Querschnitt der Strecke oder des Tunnels gelangen hierbei entweder bogenförmig gekrümmte Ausbausegmente und/oder gerade Ausbausegmente zum Einsatz. Polygonalausbaue mit derartigen Ausbausegmenten sind z.B. aus „Grundriß der Bergtechnik" 3. Auflage, Verlag Glückauf 1985, S.225-232 bekannt.

Der Polygonalausbau kann selbsttragend sein oder auch in Verbindung mit Spritz- sowie Hinterfüllbeton eine stabilisierende Funktion wahrnehmen.

Darüber hinaus zählt es zum Stand der Technik, Ausbausegmente in Verbindung mit der Ankertechnik einzusetzen.

Ein anderes Problem, insbesondere im untertägigen Bergbau, besteht darin, Strecken sanieren zu müssen, deren Querschnitte sich im Laufe ihrer Standzeit aufgrund des Gebirgsdrucks verformt haben. In diesen Fällen ist es meistens nur mit einem verhältnismäßig großen Aufwand möglich, wieder ausreichend verfügbare Streckenquerschnitte zu schaffen.

Der Erfindung liegt – ausgehend vom Stand der Technik – die Aufgabe zugrunde, einen Polygonalausbau für untertägige Strecken und Tunnel zu schaffen, der insbesondere als Leichtausbau und hier vorzugsweise bei der Sanierung in wirtschaftlicher Weise zum Einsatz kommen kann.

Die Lösung dieser Aufgabe besteht nach der Erfindung in den Merkmalen des Anspruchs 1.

Demgemäß wird jetzt der Praxis ein Baukastensatz aus geraden Ausbausegmenten und bogenförmig gekrümmten Ausbausegmenten zur Verfügung gestellt, bei welchem sowohl nur eine bestimmte Anzahl an geraden Ausbausegmenten und bogenförmig gekrümmten Ausbausegmenten mit unterschiedlichen Längen bereitgestellt wird als auch nur eine bestimmte Anzahl bogenförmig gekrümmter Ausbausegmente mit wenigen voneinander abweichenden Krümmungsradien. Mit Hilfe eines derartigen Baukastensatzes ist es mit nur wenigen Typen unterschiedlich langer gerader und bogenförmiger Ausbausegmente sowie unterschiedlich gekrümmter Ausbausegmente möglich, einen auf den jeweiligen Strecken- oder Tunnelquerschnitt genau abgestimmten Polygonalausbau zu erstellen. Dabei können die bogenförmig gekrümmten Ausbausegmente zur Streckenlängsachse hin in konkaver oder konvexer Lage eingebaut werden. Aufgrund der stirnseitig der Ausbausegmente angeordneten Kuppellaschen mit jeweils einer zentralen Bohrung sowie umfangsseitig der Bohrung auf einem Teilkreis angeordneter Langlöcher zur Aufnahme von Schraubbolzen können ferner zwei aufeinander folgende Ausbausegmente ohne weiteres jedem Winkel zwischen 0 und 200 gon angepasst werden. Die in die zentralen Bohrungen eingesetzten Schraubbolzen dienen dabei der Aufnahme von Zugspannungen, während die durch die umfangsseitigen Langlöcher sich erstreckenden Schraubbolzen zusammen mit Muttern der Winkelfixierung von zwei aufeinander folgenden Ausbauelementen dienen.

Aufgrund des Sachverhalts, dass die geraden und bogenförmig gekrümmten Ausbausegmente im Rahmen eines Baukastensatzes lediglich in einer hinsichtlich der Länge und des Krümmungsgrades bestimmten, d. h. begrenzten Anzahl zur Verfügung gestellt werden, wird die Bevorratung der Ausbausegmente und ihre Bereitstellung am untertägigen Einbauort außerordentlich erleichtert. Dank der Schraubverbindungen zwischen den Ausbausegmenten ist jeder Polygonalausbau – unabhängig vom jeweiligen Streckenabschnitt – schnell montiert, fixiert und außerdem eigenstabil. Da die Ausbausegmente als gewichtsmäßig leichte Rinnenprofile oder Gitterprofile gebaut werden können, ist ihr Einsatz in Verbindung mit der Ankertechnik und besonders in Verbindung mit Spritz- und Hinterfüllbeton von großem Vorteil.

Ein besonderes Einsatzgebiet des erfindungsgemäßen Polygonalausbaus ist die Sanierung von Strecken des untertägigen Bergbaus. Er kann hierbei als Bestandteil einer Sandwichkonstruktion zusammen mit einer Beton-Verbundstahlverschalung zum Einsatz kommen. In diesem Zusammenhang werden zunächst gebirgsseitige Verzugsmatten montiert, die dann von dem Polygonalausbau unterfangen werden. Der Polygonalausbau wird anschließend durch weitere Verzugsmatten abgedeckt. Aufgrund der Eigenstabilität des Polygonalausbaus kann die vorgeschilderte Sandwichkonstruktion durchaus einige Tage für sich den Streckenquerschnitt freihalten, bis letztlich eine Betonauskleidung eingebracht wird.

Die Mindestanzahl der auf dem Teilkreis umfangsseitig der zentralen Bohrung einer Kuppellasche angeordneten Langlöcher beträgt 2. Es können aber auch mehrere, beispielsweise 6 bis 8 kurze Langlöcher umfangsseitig auf dem Teilkreis vorgesehen werden. Der Durchmesser der zur Fixierung der Winkelstellung zwischen zwei Ausbausegmenten zum Einsatz gelangenden Schraubbolzen ist bevorzugt deutlich kleiner als der Durchmesser der durch die zentralen Bohrungen gesteckten und Zugspannungen aufnehmenden Schraubbolzen. Hier ist es beispielsweise von Vorteil, Schraubbolzen mit einem Durchmesser von 30 mm zu verwenden. Die jeweiligen Dicken der Kuppellaschen können den zu erwartenden Belastungen im jeweiligen Strecken- oder Tunnelabschnitt ohne weiteres angepasst werden.

Vorstehend ist bereits dargelegt worden, dass der erfindungsgemäße Polygonalausbau aus Ausbausegmenten bestehen kann, die als Rinnen- oder Gitterprofile gestaltet sind. Eine bevorzugte Ausführungsform besteht jedoch gemäß den Merkmalen des Anspruchs 2 darin, dass die Ausbausegmente als Mehr-Gurt-Gitterträger, insbesondere als 3-Gurt-Gitterträger oder 4-Gurt-Gitterträger, ausgebildet sind. Derartig gestaltete Ausbausegmente können in besonderer Weise als Leichtausbau für die Sanierung einer untertägigen Strecke in Form einer Beton-Verbundstahlverschalung (Verzugsmatten, Polygonalausbau, Verzugsmatten) herangezogen werden.

Entsprechend Anspruch 3 sind die Stirnseiten der Ausbausegmente von rechteckigen ebenen Platten gebildet, auf welchen die Kuppellaschen befestigt sind. Die Befestigung der Platten an den Stirnseiten der Ausbausegmente, insbesondere an den Stirnseiten der drei bzw. vier Längsgurte eines 3- bzw. 4-Gurt-Gitterträgers, erfolgt vorzugsweise durch Schweißen.

Bei der Verwendung von Mehr-Gurt-Gitterträgern als Ausbausegmente besteht eine bevorzugte Ausführungsform in den Merkmalen des Anspruchs 4. Danach sind die Stirnseiten der Ausbausegmente von U-förmigen Bügeln gebildet. Die Kuppellaschen sind dann außenseitig der Stege der Bügel befestigt. In den Schenkeln der Bügel sind Aussparungen zur Aufnahme der Längsgurte der Gitterträger vorgesehen. Hierbei werden folglich die Enden der Längsgurte des Gitterträgers in die Aussparungen der Schenkel geschoben und mit den Schenkeln verschweißt. Auch die Befestigung der Kuppellaschen außenseitig der Bügelstege erfolgt durch Schweißen.

Die Erfindung ist nachfolgend anhand von in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigen:

1 im Querschnitt eine Strecke des untertägigen Bergbaus zusammen mit einem Polygonalausbau;

2 in der Seitenansicht in vergrößerter Darstellung eine Kuppellasche des Polygonalausbaus der 1;

3 in der Seitenansicht einen Satz gerader Ausbausegmente;

4 in der Seitenansicht einen Satz bogenförmig gekrümmter Ausbausegmente;

5 in der Seitenansicht einen Satz bogenförmig gekrümmter Ausbausegmente eines weiteren Typs;

6 in der Seitenansicht einen Satz bogenförmig gekrümmter Ausbausegmente eines dritten Typs;

7 in der Seitenansicht ein Ausbausegment in Form eines Gitterträgers;

8 einen vertikalen Querschnitt durch die Darstellung der 7 entlang der Linie VIII-VIII in Richtung der Pfeile VIIIa gesehen;

9 in der Seitenansicht ein Ausbausegment in Form eines Gitterträgers gemäß einer weiteren Ausführungsform;

10 eine Stirnansicht auf das Ausbausegment der 9 gemäß dem Pfeil X der 9;

11 einen vertikalen Querschnitt durch die Darstellungen der 7 und 9 entlang der Linie XI-XI in Richtung der Pfeile XI agesehen;

12 in der Seitenansicht einen Bügel für ein Ausbausegment gemäß der Ausführungsform der 9;

13 eine Ansicht auf den Bügel der 12 entsprechend dem Pfeil XIII;

14 in der Ansicht eine Abwicklung des Bügels der 12 und 13;

15 in der Draufsicht den Verbindungsbereich zweier Ausbausegmente gemäß dem Pfeil XV der 1 und

16 einen Querschnitt durch eine untertägige Strecke mit einem Polygonalausbau gemäß einer weiteren Ausführungsform.

In der 1 ist mit 1 eine Strecke des untertägigen Bergbaus bezeichnet, die nach einer gewissen Standzeit hinsichtlich ihres Querschnitts von dem Gebirgsdruck deformiert worden ist. Es ist zu erkennen, dass der etwa hufeisenförmige ursprüngliche Querschnitt der Strecke 1 dadurch verändert wurde, dass der Gebirgsdruck das Gebirge sowohl im linken Stoßbereich 2 als auch im mittleren Firstbereich 3 in Richtung auf die Streckenlängsachse verlagert hat.

Um diesen Querschnitt der Strecke 1 zu sichern, gelangt ein Polygonalausbau 4 im Zusammenhang mit nicht näher dargestellten Verzugsmatten und einer ebenfalls nicht näher dargestellten Betonhinterfüllung zur Anwendung, der aus einem Baukastensatz aus geraden Ausbausegmenten 5 gemäß 3 und bogenförmig gekrümmten Ausbausegmenten 6 gemäß den 46 in einer hinsichtlich der Länge und des Krümmungsradius bestimmten Anzahl zusammengestellt worden ist.

Dieser Baukastensatz besteht gemäß dem in den 3 bis 6 veranschaulichten Ausführungsbeispiel aus vier geraden Ausbausegmenten 5 des Typs 1/1 mit der Länge L = 500 mm, des Typs 1/2 mit der Länge L1 = 1000 mm, des Typs 1/3 mit der Länge L2 = 1500 mm und des Typs 1/4 mit der Länge L3 = 2000 mm – erkennbar aus der 3 -, aus drei bogenförmig gekrümmten Ausbausegmenten 6 mit dem Radius R = 1000 mm in der Bogenlänge BL = 500 mm (Typ 2/1 ), in der Bogenlänge BL1 = 1000 mm (Typ 2/2) und in der Bogenlänge BL2 = 1500 mm (Typ 2/3) – erkennbar aus der 4 -, aus drei bogenförmig gekrümmten Ausbauelementen 6 mit dem Radius R1 = 1500 mm in der Bogenlänge BL1 = 1000 mm (Typ 3/1 ), in der Bogenlänge BL2 = 1500 mm (Typ 3/2) sowie in der Bogenlänge BL3 = 2000 mm (Typ 3/3) – erkennbar aus der 5 – sowie letztlich aus vier bogenförmig gekrümmten Ausbausegmenten 6 mit dem Radius R2 = 2500 mm in der Bogenlänge BL1 = 1000 mm (Typ 4/1 ), in der Bogenlänge BL2 = 1500 mm (Typ 4/2), in der Bogenlänge BL3 = 2000 mm (Typ 4/3) und in der Bogenlänge BL4 = 2500 mm (Typ 4/4) – erkennbar aus der 6.

Mit Hilfe des Baukastensatzes aus geraden Ausbausegmenten 5 und bogenförmig gekrümmten Ausbausegmenten 6 kann nun die Strecke 1 gemäß 1 mit Hilfe der erwähnten Verzugsmatten und der Betonhinterfüllung saniert werden. Hierzu gelangen zwei gerade Ausbausegmente 5 des Typs 1/3, ein bogenförmig gekrümmtes Ausbausegment 6 des Typs 2/1, ein bogenförmiges Ausbausegment 6 des Typs 2/3, ein bogenförmiges Ausbausegment 6 des Typs 3/1, ein bogenförmiges Ausbausegment 6 des Typs 3/2, ein bogenförmiges Ausbausegment 6 des Typs 3/3 sowie ein bogenförmiges Ausbausegment 6 des Typs 4/4 zur Anwendung. Aufgrund der Verformungen im Stoßbereich 2 und im Firstbereich 3 können an diesen Stellen die Ausbausegmente 6 der Typen 3/1 und 4/4 konvex zur Streckenlängsachse eingebaut werden.

Dank der stirnseitig der Ausbausegmente 5, 6 vorgesehenen Kuppellaschen 7 können die diversen Ausbausegmente 5, 6 zwar verschwenkbar, jedoch in der jeweiligen Schwenkstellung starr miteinander gekoppelt werden. Wie in diesem Zusammenhang zunächst die 2 erkennen lässt, weist eine Kuppellasche 7 gemäß dieser Ausführungsform eine zentrale Bohrung 8 sowie umfangsseitig der Bohrung 8 auf einem Teilkreis 9 angeordnete Langlöcher 10 auf. Die zentrale Bohrung 8 dient zur Aufnahme eines nicht näher dargestellten Schraubbolzens mit einem Durchmesser, dass die Zugspannungen zwischen zwei aufeinander folgenden Ausbausegmenten 5, 6 sicher übertragen werden können. In eines oder mehrere der Langlöcher 10 kann dann ein ebenfalls nicht näher veranschaulichter Schraubbolzen eingesetzt werden, welcher die Winkelstellung zwischen zwei aufeinander folgenden Ausbausegmenten 5,6 jedenfalls für den Zeitraum gewährleistet, in welchem der Polygonalausbau 4 gemäß 1 die vorübergehende Sicherung des Streckenquerschnitts bis zur Fertigstellung der Betonhinterfüllung gewährleistet.

Aus der 16 ist eine weitere Möglichkeit erkennbar, wie der Baukastensatz an Ausbausegmenten 5,6 gemäß den 3 bis 6 eingesetzt werden kann, um eine hinsichtlich ihres Querschnitts deformierte Strecke 1a sanieren zu können. Bei diesem Ausführungsbeispiel werden in Uhrzeigerrichtung ein Ausbausegment 5 des Typs 1/3, ein Ausbausegment 6 des Typs 4/1, ein Ausbausegment 6 des Typs 2/1, ein Ausbausegment 6 des Typs 2/2, ein weiteres Ausbausegment 6 des Typs 2/2, drei aufeinander folgende Ausbausegmente 6 des Typs 1/1, vier aufeinander folgende Ausbausegmente 6 des Typs 2/1 und letztlich ein gerades Ausbausegment 5 des Typs 1/3 angeordnet. Hierbei werden ein Ausbausegment 6 des Typs 2/2 und zwei Ausbausegmente 6 des Typs 2/1 konvex zur Strckenlängsachse eingebaut.

Jedes Ausbausegment 5, 6 kann aus einem Rinnenprofil herkömmlicher Bauarten gebildet sein. Bevorzugt bestehen die Ausbausegmente 5,6 jedoch aus Mehr-Gurt-Gitterträgem gemäß den 7, 9 und 11. Die hier dargestellten Ausbausegmente 5, 6 sind als 3-Gurt-Gitterträger ausgeführt und weisen drei Längsgurte 11, 12, 13 auf, die durch zickzackförmig sich erstreckende Streben 14 ausgesteift sind.

Die 7 und 8 lassen anhand von beispielsweise der Ausbausegmente 5 erkennen, dass stirnseitig der Ausbausegmente 5 rechteckige ebene Platten 15 mit den Längsgurten 1113 verbunden, insbesondere verschweißt, sind. Auf diese Platten 15 werden mittig Kuppellaschen 7 gemäß 2 oder Kuppellaschen 7a gemäß den 7 und 9 befestigt. Während bei der Ausführungsform einer Kuppellasche 7 gemäß der 2 umfangsseitig der zentralen Bohrung 8 acht Langlöcher 10 vorgesehen sind, befinden sich bei den Kuppellaschen 7a der 7 und 9 umfangsseitig der zentralen Bohrung 8 lediglich zwei Langlöcher 10a.

Die aus den 9 bis 14 erkennbare Ausführungsform sieht stirnseitig der Ausbausegmente 5 U-förmige Bügel 16 vor. Zur Verbindung dieser Bügel 16 mit den Längsgurten 1113 sind in dem Schenkel 17 eine Aussparung 18 und in dem Schenkel 19 zwei Ausparungen 20 vorgesehen, welche die Enden der Längsgurte 1113 umgreifen (s.auch 15). Die Verbindung der Schenkel 17, 19 mit den Längsgurten 1113 erfolgt durch Schweißen. In der 14 ist die geradlinige Abwicklung eines Bügels 16 veranschaulicht, um die Aussparungen 18 und 20 besser darzustellen.

Die Kuppellaschen 7, 7a werden außenseitig der Stege 21 der Bügel 16 mittels Schweißen befestigt.

Die 15 zeigt, dass die mittige Anordnung der Kuppellaschen 7a an den Bügeln 16 zwar zu einer Versetzung von zwei aufeinander folgenden Ausbausegmenten 5 führt. Diese Versetzung hat jedoch in der Praxis keine Bedeutung, da aufgrund der Länge der Ausbausegmente 5 diese Versetzung im Verlauf der umfangsseitigen Erstreckung mehrerer Ausbausegmente 5 ausgeglichen wird.

In der 15 sind mit strichpunktierten Linienführungen 22 und 23 die Verläufe der Schraubbolzen in den Bohrungen 8 und in den Langlöchern 10, 10a veranschaulicht.

1
Strecke
1a
Strecke
2
linker Stoßbereich v. 1
3
mittiger Firstbereich
4
Polygonalausbau
5
gerade Ausbausegmente
6
gekrümmte Ausbausegmente
7
Kuppellaschen
7a
Kuppellaschen
8
zentrale Bohrung in 7, 7a
9
Teilkreis um 8
10
Langlöcher auf 9 v. 7
10a
Langlöcher auf 9 v. 7a
11
Längsgurt
12
Längsgurt
13
Längsgurt
14
Streben
15
Platten
16
Bügel
17
Schenkel v. 16
18
Aussparung in 17
19
Schenkel v. 16
20
Aussparungen in 19
21
Stege v. 16
22
Schraubbolzen
23
Schraubbolzen
BL
Bogenlänge v. 2/1
BL1
Bogenlänge v. 2/2, 3/1, 4/1
BL2
Bogenlänge v. 2/3, 3/2, 4/2
BL3
Bogenlänge v. 4/3, 3/3
BL4
Bogenlänge v. 4/4
L
Länge v. 1/1
L1
Länge v. 1/2
L2
Länge v. 1/3
L3
Länge v. 1/4
R
Radius v. 2/1–2/3
R1
Radius v. 3/1–3/3
R2
Radius v. 4/1–4/4


Anspruch[de]
Polygonalausbau für untertägige Strecken (1, 1a) und Tunnel, der aus mehreren lösbar miteinander koppelbaren Ausbausegmenten (5, 6) zusammensetzbar ist, gekennzeichnet durch einen Baukastensatz aus geraden Ausbausegmenten (5) und bogenförmig gekrümmten Ausbausegmenten (6) in einer hinsichtlich der Länge und des Krümmungsradius bestimmten Anzahl, wobei stirnseitig der Ausbausegmente (5, 6) je eine sich in Längsrichtung der Ausbausegmente (5, 6) erstreckende Kuppellasche (7, 7a) vorgesehen ist, die eine zentrale Bohrung (8) sowie umfangsseitig der Bohrung (8) auf einem Teilkreis (9) angeordnete Langlöcher (10, 10a) zur Aufnahme von Schraubbolzen aufweist. Polygonalausbau nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausbausegmente (5, 6) als Mehr-Gurt-Gitterträger ausgebildet sind. Polygonalausbau nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass stirnseitig der Ausbausegmente (5, 6) rechteckige ebene Platten (15) vorgesehen sind, auf welchen die Kuppellaschen (7, 7a) befestigt sind. Polygonalausbau nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass stirnseitig der Ausbausegmente (5, 6) U-förmige Bügel (16) vorgesehen sind, wobei die Kuppellaschen (7, 7a) außenseitig der Stege (21) der Bügel (16) befestigt und in den Schenkeln (17, 19) der Bügel (16) Aussparungen (18, 20) zur Aufnahme der Längsgurte (11-13) der Ausbausegmente (5, 6) vorgesehen sind.






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